[发明专利]一种支持双向电流的线性稳压器及控制方法

说明书

本申请提供一种支持双向电流的线性稳压器及控制的方法，电路结构包括功率管2、功率管1，功率管2及功率管1分别接误差放大器及共模反馈模块，并经共模反馈模块再次连接误差放大器。功率管2、功率管1连接稳压器输出端口，稳压器输出端口经差模反馈模块连接误差放大器。功率管2外接工作电压源Vsubgt;dd/subgt;，功率管1一端接地，误差放大器接参考电压。共模反馈模块内部设计开关电容实现反馈控制，以解决Source/Sink CMOS线性稳压器的AB型输出不容易实现静态电流控制的问题，实现低静态电流控制及较大电压范围的输出。

技术领域

本申请涉及恒定电压输出领域的线性稳压器，具体涉及一种支持双向电流的线性稳压器及其控制方法。

背景技术

发明人所知道的线性稳压器常应用于将电池作为电源的系统中，或者用在射频、音频、ADC转换等应用系统中，实现某一特定值的电压输出。在不同的应用方向，线性稳压器被设计具有不同特性。在工业控制领域采用复位设计控制特性的线性稳压器，在数据采集方面通常设计超低纹波、高精度的线性稳压器。在发明人了解到的某一些低功耗应用场景中，线性稳压器被设计为具有较低压差及较低的静态电流。发明人所知低压差稳压器一般是指输入电压与输出电压差值小于2V的稳压器。

发明人所了解到的低压差稳压器（LDO, Low-dropout voltage regulator）设计之一,通过误差放大器（error amplifier, EA）驱动适当栅极的PMOS（P-Metal-Oxide-Semiconductor,P型金属氧化物半导体）和NMOS（N-Metal-Oxide-Semiconductor, N型金属氧化物半导体）功率晶体管负责向负载提供电流或者从负载吸收电流，实现低静态电流、无输出电容的稳压器。该稳压器电路由误差放大器（EA）和补偿电容器Cp、两个传输晶体管Mp和Mn、电流降低电路及其摆幅升压器、反馈网络和片上输出电容器组成。在误差放大器中，当传输晶体管Mp导通并向负载供电时，传输晶体管Mn断开，设计两组晶体管负责传输晶体管Mp和Mn的精确偏置，反之亦然。同时，两组晶体管在空载时关闭，最大程度地降低总电流消耗。误差放大器中设计两组开关晶体管以及旁路电容器组，以降低电路瞬态行为的劣化。为了平衡误差放大器的高功耗，设计了具有更宽松尺寸的电流降低电路，为传输晶体管的栅极提供精确偏置。

发明人所了解到的低压差稳压器之二，稳压器基于广泛使用的电流镜架构被设计为跨导驱动。当负载加载电流时，频率补偿放大器与电流镜电路一构成低压差稳压器的跨导驱动。当从负载吸收电流时，低压差稳压器的跨导驱动来自频率补偿放大器和电流镜电路二。低压差稳压器调节器是单极系统，基于两个电流加法器，能够精确控制输出级的静态电流。在片外设计了约30μF的大电容器连接在输出节点，获得良好的瞬态响应。电流镜的架构实现了误差放大器的低输出阻抗，从而提高了传输元件栅极寄生电容的充电和放电速度。

发明人所了解到的低压差稳压器设计方案之三，低压差稳压器使用两级结构，增加两个NMOS（N-Metal-Oxide-Semiconductor, N型金属氧化物半导体）晶体管以提供或者吸收大负载电流，能够解决电路因大负载而产生的LDO不稳定的问题，第一个NMOS晶体管配合第一个PMOS晶体管实现电流吸收，第二个NMOS晶体管实现拉电流。轻载时，只有第一个PMOS晶体管吸收负载电流。当负载电流增大时，电路自动打开第一个NMOS管吸收较大负载电流。同时，添加第二个NMOS晶体管实现第一个NMOS晶体管的源极负载电流，两个NMOS晶体管设置在低压差稳压器的输出端，解决了大负载时低压差稳压器的稳定性问题。

发明人所知道的上述LDO稳压器技术方案，根据不同的应用，设计了不同电路特性。但经发明人分析，上述电路结构可能存在输出电流较小的问题，且仅仅适用于小范围的电流负载，在大电流正负载下，输出电压电平与理想值相差较大。另一方面，存在低压差稳压器静态电流随器件的不匹配和固有的工艺漂移，大负载时LDO电路出现不稳定的情形，也无法实现轨到轨输出，输出电压小于电源电压。

发明内容